KR20150005413A - Methods for Oxide Based Solid Electrolyte - Google Patents

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Abstract

An oxide-based solid electrolyte according to the present invention can be Li_x-yLa_3M_2O_12-y. The oxide-based solid electrolyte can further include a doping element. The manufacturing method of the oxide-based solid electrolyte according to the concept of the present invention comprises a step of preparing a precursor including lanthanoid complex and metallic complex; a step of manufacturing an intermediate by using hydrothermal synthesis conducted to the precursor solution; a step of manufacturing a mixture by adding lithium compound and a dopant precursor to the intermediate; and a step of crystalizing the mixture. The oxide-based solid electrolyte manufactured according to the present invention can show high ionic conductivity.

Description

산화물계 고체 전해질 제조방법{Methods for Oxide Based Solid Electrolyte}METHOD FOR MANUFACTURING OXIDE-BASED SOLID ELECTROLYTE

본 발명은 리튬 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수열반응을 통한 산화물계 고체 전해질의 제조에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium battery, and more particularly, to the production of an oxide-based solid electrolyte through a hydrothermal reaction.

에너지 저장 및 변환 기술에 대한 중요성이 높아지면서, 리튬전지에 대한 관심이 크게 증대되고 있다. 리튬전지는 애노드(anode), 분리막(separator), 캐소드(cathode) 및 전해질 (electrolytes)을 포함할 수 있다. 전해질은 양극과 음극 사이에 이온들이 이동할 수 있는 매개체 역할을 한다. 리튬전지는 에너지밀도가 다른 전지와 비교하여 매우 높고, 소형 경량화가 가능하기 때문에 휴대용 전자기기 등의 전원으로서 왕성하게 연구 개발되고 있다. 최근 휴대 전자기기의 성능이 향상됨에 따라, 휴대 전자기기에서 소비되는 전력이 증가하고 있다. 리튬전지는 높은 전력을 발생시키는 것이 요구되고 있다. 이에 따라, 리튬전지 전해질은 높은 이온 전도도 및 낮은 전기 전도도를 가질 것이 요구되고 있다. As energy storage and conversion technologies become more important, interest in lithium batteries is increasing. The lithium battery may include an anode, a separator, a cathode, and electrolytes. The electrolyte serves as a medium through which ions can move between the anode and the cathode. Lithium batteries are very high in energy density compared to other batteries and can be made compact and lightweight, so they have been actively researched and developed as power sources for portable electronic devices and the like. Recently, as the performance of portable electronic devices has improved, the power consumed in portable electronic devices has been increasing. Lithium batteries are required to generate high power. Accordingly, lithium battery electrolytes are required to have high ion conductivity and low electric conductivity.

리튬전지 전해질은 유기계 액체 전해질과 무기계 고체 전해질을 포함할 수 있다. 유기계 액체 전해질은 리튬염이 용해되어 있고, 높은 이온전도도 및 안정한 전기화학적 특성으로 인해 널리 사용되고 있다. 그러나, 유기계 액체 전해질은 높은 가연성, 휘발성 및 누액(leakage)문제로 인해 안전성과 관련하여 많은 문제들이 제기되고 있다. 무기계 고체전해질을 포함하는 리튬 전지는, 전지 디자인의 자유성을 가질 수 있다. 또한, 무기계 고체 전해질은 전해액의 분해반응 등에 의한 발화, 폭발 등이 방지되어, 우수한 안정성을 가질 수 있다. The lithium battery electrolyte may include an organic liquid electrolyte and an inorganic solid electrolyte. Organic liquid electrolytes are widely used because of their high solubility in lithium salts and their high ionic conductivity and stable electrochemical properties. However, organic liquid electrolytes suffer from many problems related to safety due to their high flammability, volatility, and leakage problems. A lithium battery including an inorganic solid electrolyte can have freedom of battery design. In addition, the inorganic solid electrolyte is prevented from ignition, explosion and the like due to the decomposition reaction of the electrolytic solution and the like, and can have excellent stability.

본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 높은 순도 및 이온 전도도를 가지는 산화물계 고체전해질 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a process for preparing an oxide-based solid electrolyte having high purity and ionic conductivity.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 산화물계 고체전해질 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 개념에 따른 산화물계 고체전해질 제조방법은 란탄족 착물 및 금속 착물을 포함하는 전구체를 준비하는 것; 상기 전구체 용액에 수행되는 수열합성반응을 이용하여 중간체를 제조하는 것; 상기 중간체에 리튬 화합물 및 도펀트 전구체를 첨가하여, 혼합물을 제조하는 것; 및 상기 혼합물을 결정화시키는 것을 포함할 수 있다. The present invention relates to a process for producing an oxide-based solid electrolyte. A method for preparing an oxide-based solid electrolyte according to the concept of the present invention comprises: preparing a precursor including a lanthanide complex and a metal complex; Preparing an intermediate using the hydrothermal synthesis reaction performed on the precursor solution; Adding a lithium compound and a dopant precursor to the intermediate to prepare a mixture; And crystallizing the mixture.

일 실시예에 따르면, 상기 전구체 용액의 수열합성 반응은 120℃ 내지 도 240℃ 에서 2시간 내지 48시간 동안 진행될 수 있다. According to one embodiment, the hydrothermal synthesis reaction of the precursor solution may be conducted at 120 ° C to 240 ° C for 2 hours to 48 hours.

일 실시예에 따르면, 상기 전구체 용액을 준비하는 것은 상기 란탄족 착물 및 상기 금속 착물을 산성 수용액에 첨가하여, 전구체 용액을 제조하는 것; 및 상기 전구체 용액에 광화제를 첨가하여, 전구체 침전을 형성하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, preparing the precursor solution comprises adding the lanthanide complex and the metal complex to an acidic aqueous solution to produce a precursor solution; And adding a mineralizing agent to the precursor solution to form a precursor precipitate.

일 실시예에 따르면, 상기 혼합물을 결정화시키는 것은 상기 혼합물에 제1 결정화 공정을 수행하여, 상기 제1 산화물계 고체 전해질을 제조하는 것; 및 상기 제1 산화물계 고체 전해질에 제2 결정화 공정을 수행하여, 제2 산화물계 고체 전해질을 제조하는 것을 포함하되, 상기 제2 산화물계 고체 전해질은 상기 제1 산화물계 고체 전해질과 동일한 화학양론적 조성을 가지되, 다른 결정구조를 가질 수 있다. According to one embodiment, crystallizing the mixture comprises performing a first crystallization process on the mixture to produce the first oxide-based solid electrolyte; And performing a second crystallization process on the first oxide-based solid electrolyte to produce a second oxide-based solid electrolyte, wherein the second oxide-based solid electrolyte has the same stoichiometric Composition, and may have a different crystal structure.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 산화물계 고체 전해질은 상기 제1 산화물계 고체 전해질보다 높은 이온 전도도를 가질 수 있다. According to one embodiment, the second oxide-based solid electrolyte may have a higher ionic conductivity than the first oxide-based solid electrolyte.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 산화물계 고체 전해질은 정방 정계상(tetragonal phase)을 가지며, 상기 제2 산화물계 고체 전해질은 큐빅상(cubic phase)을 가질 수 있다. According to one embodiment, the first oxide-based solid electrolyte may have a tetragonal phase and the second oxide-based solid electrolyte may have a cubic phase.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 산화물계 고체 전해질은 Lix - yLa3M2O12 - y 의 화학식을 가질 수 있다. (여기에서, x는 5 또는 7이고, y는 0.3 내지 0.7이며, M은 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄 또는 이들의 조합 중에서 선택된 어느 하나이다.)According to one embodiment, the second oxide-based solid electrolyte may have the formula Li x - y La 3 M 2 O 12 - y . (Where x is 5 or 7, y is 0.3 to 0.7, and M is any one selected from tantalum, niobium, zirconium, or combinations thereof).

일 실시예에 따르면, 상기 제1 결정화 공정은 700℃ 내지 900℃에서 6시간 내지 12시간 동안 진행될 수 있다. According to one embodiment, the first crystallization process may be performed at 700 ° C to 900 ° C for 6 hours to 12 hours.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 결정화 공정은 1000℃ 내지 1100℃에서 6시간 내지 12시간 동안 진행될 수 있다.According to one embodiment, the second crystallization process may be performed at 1000 ° C to 1100 ° C for 6 hours to 12 hours.

일 실시예에 따르면, 상기 도펀트 전구체는 알루미늄, 게르마늄, 실리콘 갈륨, 인듐, 주석, 및 안티몬 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.  According to one embodiment, the dopant precursor may comprise at least one selected from aluminum, germanium, silicon gallium, indium, tin, and antimony.

본 발명에 따른 산화물계 고체전해질은 도핑 원소를 포함할 수 있다. 이에 따라, 산화물계 고체 전해질의 이온 전도도가 증가될 수 있다. 수열합성 반응에 의해, 란탄족 원소는 금속 원소와 양호하게 혼합될 수 있다. 따라서, 수열합성 반응을 거쳐 제조된 산화물계 고체 전해질의 경우, 산화물계 고체 전해질 내에 리튬 원소, 란탄족 원소, 금속 원소, 및 산소 원소가 균일하게 분포될 수 있다. 산화물계 고체 전해질 결정화 공정들은 비교적 낮은 온도에서 진행되어, 산화물계 고체 전해질이 용이하게 제조될 수 있다. 본 발명의 제1, 제2 결정화 공정 조건들로 인하여, 산화물계 고체전해질에서 리튬 원소의 결핍이 방지될 수 있다. 첨가되는 리튬 원소의 화학량론적비를 조절하여, 본 발명의 산화물계 고체전해질에서 리튬 원소의 결핍이 더욱 방지될 수 있다. 본 발명에 의해 제조된 산화물계 고체 전해질은 높은 순도 및 높은 이온 전도도를 나타낼 수 있다. The oxide-based solid electrolyte according to the present invention may include a doping element. Thus, the ionic conductivity of the oxide-based solid electrolyte can be increased. By the hydrothermal synthesis reaction, the lanthanide element can be mixed well with the metal element. Therefore, in the oxide-based solid electrolyte produced through the hydrothermal synthesis reaction, the lithium element, the lanthanide element, the metal element, and the oxygen element can be uniformly distributed in the oxide-based solid electrolyte. The oxide-based solid electrolyte crystallization processes proceed at a relatively low temperature, so that an oxide-based solid electrolyte can be easily produced. Due to the first and second crystallization process conditions of the present invention, the deficiency of the lithium element in the oxide-based solid electrolyte can be prevented. By controlling the stoichiometric ratio of the added lithium element, deficiency of the lithium element in the oxide based solid electrolyte of the present invention can be further prevented. The oxide-based solid electrolyte produced by the present invention can exhibit high purity and high ionic conductivity.

본 발명의 보다 완전한 이해와 도움을 위해, 참조가 아래의 설명에 첨부도면과 함께 주어져 있고 참조번호가 이래에 나타나 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물계 고체전해질의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 실험예들 및 비교예들의 이온 전도도를 평가한 결과이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding and assistance of the invention, reference is made to the following description, taken together with the accompanying drawings,
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an oxide-based solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.
2 is a result of evaluating the ionic conductivities of the experimental examples and the comparative examples.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.In order to fully understand the structure and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Those of ordinary skill in the art will understand that the concepts of the present invention may be practiced in any suitable environment.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions.

본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다. When a film (or layer) is referred to herein as being on another film (or layer) or substrate it may be formed directly on another film (or layer) or substrate, or a third film Or layer) may be interposed.

본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다 Although the terms first, second, third, etc. have been used in various embodiments herein to describe various regions, films (or layers), etc., it is to be understood that these regions, do. These terms are merely used to distinguish any given region or film (or layer) from another region or film (or layer). Thus, the membrane referred to as the first membrane in one embodiment may be referred to as the second membrane in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Like numbers refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
The terms used in the embodiments of the present invention may be construed as commonly known to those skilled in the art unless otherwise defined.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물계 고체전해질의 제조방법을 도시한 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an oxide-based solid electrolyte according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 금속 착물 및 란탄족 착물을 혼합하여, 전구체 용액이 제조될 수 있다. (S10) 예를 들어, 금속 착물이 산성 수용액에 첨가될 수 있다. 금속 착물은 지르코늄 착물, 탄탈륨 착물, 또는 니오븀 착물일 수 있다. 일 예로, 금속 착물은 지르코늄 이산화질산염 수화물(Zirconium dinitrate oxide hydrate)일 수 있다. 1M 농도의 질산(HNO3) 수용액이 산성 수용액으로 사용될 수 있다. 금속 착물 용액을 형성하도록, 금속 착물 및 산성 수용액이 혼합될 수 있다. 예를 들어, 금속 착물 및 산성 수용액은 50℃ 내지 60℃의 조건에서 교반(stirring)에 의해 혼합될 수 있다. 금속 착물 용액은 투명할 수 있다. 란탄족 착물이 금속 착물 용액에 첨가될 수 있다. 일 예로, 란타늄 나이트레이트(Lanthanum nitrate)가 란탄족 착물로 사용될 수 있다. 이 때, 금속 착물 대 란탄족 착물은 3: 2의 몰비를 가질 수 있다. 란탄족 착물 및 금속 착물 용액의 혼합에 의해, 전구체 용액이 제조될 수 있다. 예를 들어, 란탄족 착물 및 금속 착물 용액은 50℃ 내지 60℃의 조건에서 교반(stirring)에 의해 혼합될 수 있다. 전구체 용액은 투명할 수 있다. 전구체 용액은 란탄족 양이온 및 금속 양이온을 포함할 수 있다. 일 예로, 전구체 용액은 La+3 이온 및 Zr+ 4이온을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a precursor solution can be prepared by mixing a metal complex and a lanthanide complex. (S10) For example, a metal complex may be added to the acidic aqueous solution. The metal complex may be a zirconium complex, a tantalum complex, or a niobium complex. In one example, the metal complex may be zirconium dinitrate oxide hydrate. A 1 M aqueous solution of nitric acid (HNO 3 ) can be used as an acidic aqueous solution. To form the metal complex solution, the metal complex and the acidic aqueous solution may be mixed. For example, the metal complex and the acidic aqueous solution may be mixed by stirring at a temperature of 50 캜 to 60 캜. The metal complex solution may be transparent. Lanthanide complexes may be added to the metal complex solution. As an example, lanthanum nitrate may be used as a lanthanide complex. At this time, the metal complex to lanthanide complex may have a molar ratio of 3: 2. By mixing the lanthanide complex and the metal complex solution, a precursor solution can be prepared. For example, the lanthanide complex and the metal complex solution may be mixed by stirring at a temperature of 50 ° C to 60 ° C. The precursor solution can be transparent. The precursor solution may include lanthanide cations and metal cations. As an example, the precursor solution may include La + ions and Zr + 4 ions.

광화제가 전구체 용액에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 수산화나트륨 용액 및/또는 수산화암모늄 용액이 광화제로 사용될 수 있다. 광화제는 전구체 용액에 음이온, 예를 들어, 수산화이온(OH-)을 공급할 수 있다. 전구체 용액의 pH는 대략 8 내지 9로 조절될 수 있다. 란탄족 양이온(예를 들어, La+3) 및 금속 양이온(예를 들어, Zr+4)은 광화제에 의해 공급된 음이온(OH-)과 결합할 수 있다. 이에 따라, 전구체 침전이 전구체 용액으로부터 제조될 수 있다. 일 예로, 전구체 침전은 란탄족 하이드록사이드(예를 들어, Lanthanum hydroxide, La(OH)3) 및 금속 하이드록사이드(예를 들어, Zirconium hydroxide, M(OH)y)을 포함할 수 있다. The mineralizer may be added to the precursor solution. For example, sodium hydroxide solution and / or ammonium hydroxide solution may be used as the mineralizer. Optical agents include, for negative ions, for example, in the precursor solution, hydroxide ions (OH -) can be supplied. The pH of the precursor solution can be adjusted to approximately 8 to 9. Lanthanide cations (for example, La +3 ) and metal cations (for example, Zr + 4 ) can bond with the anions (OH - ) supplied by the mineralizing agent. Thus, precursor precipitation can be produced from the precursor solution. As an example, the precursor precipitation may include lanthanide hydroxides (e.g., Lanthanum hydroxide, La (OH) 3 ) and metal hydroxides (e.g., Zirconium hydroxide, M (OH) y ).

전구체 침전을 사용하여 수열합성 반응이 진행될 수 있다.(S20) 수열합성 반응(hydrothermal reaction)이란 고온고압 조건에서 수용액 상태에서 이루어지는 물질의 합성반응을 의미할 수 있다. 수열합성 반응은 대략 140℃ 내지 250℃의 온도 조건에서 진행될 수 있다. 수 140℃보다 낮은 온도 조건에서, 제1 중간체가 형성되지 않을 수 있다. 수열합성 반응이 250℃ 보다 높은 온도에서 진행되는 경우, 합성되는 제1 중간체의 크기 또는 형상이 불균일할 수 있다. 수열합성 반응은 대략 8 시간 내지 36 시간 동안 수행될 수 있다. 수열합성 반응이 8시간보다 짧게 진행되는 경우, 생성된 제1 중간체는 과도하게 작거나 불균일한 입자 크기를 가질 수 있다. 수열합성 반응이 36시간보다 길게 진행되는 경우, 생성된 제1 중간체는 과도하게 크거나 불균일한 입가 크기를 가질 수 있다. 제1 중간체가 세척될 수 있다. 이 때, 고순도 알코올 또는 증류수가 사용될 수 있다. 세척된 제1 중간체는 건조될 수 있다. 건조 공정은 오븐을 사용하여 100℃ 내지 120℃의 온도 조건에서 진행될 수 있다. 중간체는 비교적 작고 균일한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 중간체는 15nm 내지 20nm의 직경을 가질 수 있다. 상기 중간체는 180nm 내지 200nm의 길이를 가질 수 있다. 수열합성 반응에 의해 제조된 중간체의 경우, 란탄족 원소가 금속 원소와 균일하게 혼합될 수 있다. The hydrothermal synthesis reaction can be carried out using the precursor precipitation. (S20) The hydrothermal reaction may mean a synthesis reaction of a substance in an aqueous solution state at high temperature and high pressure. The hydrothermal synthesis reaction may be carried out at a temperature of about 140 ° C to 250 ° C. At a temperature condition lower than several tens of degrees Celsius, the first intermediate may not be formed. When the hydrothermal synthesis reaction proceeds at a temperature higher than 250 ° C, the size or shape of the synthesized first intermediate may be uneven. The hydrothermal synthesis reaction may be carried out for about 8 to 36 hours. If the hydrothermal synthesis reaction proceeds less than 8 hours, the resulting first intermediate may have an excessively small or non-uniform particle size. If the hydrothermal synthesis reaction proceeds longer than 36 hours, the resulting first intermediate may have an excessively large or uneven lip size. The first intermediate may be washed. At this time, high purity alcohol or distilled water may be used. The washed first intermediate may be dried. The drying process may be carried out at a temperature of 100 ° C to 120 ° C using an oven. The intermediate may have a relatively small and uniform size. For example, the intermediate may have a diameter of 15 nm to 20 nm. The intermediate may have a length of 180 nm to 200 nm. In the case of the intermediate prepared by the hydrothermal synthesis reaction, the lanthanide element can be uniformly mixed with the metal element.

혼합물을 형성하도록, 리튬 화합물 및 도펀트 전구체가 중간체에 첨가될 수 있다.(S30) 리튬 화합물 및 도펀트 전구체의 첨가 전에, 제1 중간체가 열처리될 수 있다. 제1 중간체의 열처리는 300 내지 400도에서 수행될 수 있다. 제1 중간체의 열처리에 의해, 제1 중간체 내에 포함된 불순물이 제거될 수 있다. 이에 따라, 제조된 산화물계 고체 전해질은 높은 순도를 가질 수 있다. 리튬 화합물은 리튬 초산염(acetate), 리튬 질산염(nitrate), 리튬 염화물(chloride), 리튬 수화물(hydroxide), 및 리튬 산화물(oxide) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 리튬 화합물은 Li2CO3, LiOH, 또는 LiNO3, 보다 상세하게는 Li2CO3일 수 있다. 불순물의 함유을 방지하도록, 리튬 화합물은 리튬 이외의 금속을 포함하지 않을 수 있다. 도펀트 전구체는 도핑 원소를 포함하는 염일 수 있다. 도펀트 전구체는 초산염(acetate), 질산염(nitrate), 염화물(chloride), 수화물(hydroxide), 또는 산화물(oxide)일 수 있다. 예를 들어, 도핑 전구체의 도핑 원소는 알루미늄, 게르마늄, 실리콘 갈륨, 인듐, 주석, 및 안티몬 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도핑 원소는 리튬 원소와 동일 또는 유사한 원자 지름을 가질 수 있다. 리튬 화합물 및 도펀트 전구체가 중간체와 혼합되어, 혼합물이 제조될 수 있다. 혼합 공정은 기계적 혼합, 예를 들어, 볼밀링법에 의해 진행될 수 있다. 이 때, 보다 균일한 혼합물이 제조되도록, 이소프로필 알코올이 중간체에 더 첨가될 수 있다. 상기 혼합물 내에서, 리튬 원소, 란탄족 원소, 금속 원소, 및 산소 원소가 균일하게 분포될 수 있다.To form a mixture, a lithium compound and a dopant precursor may be added to the intermediate. (S30) Before the addition of the lithium compound and the dopant precursor, the first intermediate may be heat treated. The heat treatment of the first intermediate may be performed at 300 to 400 degrees. By the heat treatment of the first intermediate, the impurities contained in the first intermediate can be removed. Accordingly, the produced oxide-based solid electrolyte can have high purity. The lithium compound may be any one selected from lithium acetate, lithium nitrate, lithium chloride, lithium hydroxide, and lithium oxide. For example, the lithium compound may be Li 2 CO 3 , LiOH, or LiNO 3 , more specifically Li 2 CO 3 . In order to prevent the inclusion of impurities, the lithium compound may not contain a metal other than lithium. The dopant precursor may be a salt containing a doping element. The dopant precursor may be acetate, nitrate, chloride, hydroxide, or oxide. For example, the doping element of the doping precursor may comprise at least one selected from aluminum, germanium, silicon gallium, indium, tin, and antimony. The doping element may have the same or similar atomic diameter as the lithium element. A lithium compound and a dopant precursor may be mixed with an intermediate to prepare a mixture. The mixing process can be carried out by mechanical mixing, for example, ball milling. At this time, isopropyl alcohol may be added to the intermediate so that a more homogeneous mixture is produced. In the mixture, the lithium element, the lanthanide element, the metal element, and the oxygen element may be uniformly distributed.

혼합물의 제1 결정화 공정에 의해, 제1 산화물계 고체 전해질이 형성될 수 있다.(S40) 제1 결정화 공정은 혼합물의 열처리를 포함할 수 있다. 제1 결정화 공정에 의해, 리튬 원소가 란탄족 원소 및 금속 원소 사이로 확산되어, 제1 산화물계 고체 전해질이 형성될 수 있다. 제1 산화물계 고체 전해질은 정방 정계상(tetragonal phase)을 가질 수 있다. 제1 산화물계 고체 전해질의 화학량론적 조성 및 결정화도는 제1 결정화 공정 조건에 의해 결정될 수 있다. 제1 결정화 공정은 700℃ 내지 900℃ 조건에서 진행될 수 있다. 제1 결정화 공정이 700℃ 보다 낮은 온도 조건에서 진행되는 경우, 정방 정계상을 갖는 제1 산화물계 고체 전해질이 형성되지 않을 수 있다. 제1 결정화 공정이 900℃보다 높은 온도 조건에서 진행되는 경우, 제1 산화물계 고체 전해질 내에 리튬 원소가 과도하게 결핍될 수 있다. 제1 결정화 공정은 6 내지 12시간 동안 진행될 수 있다. 제1 결정화 공정이 6시간 보다 짧은 경우, 제1 산화물계 고체 전해질은 불량한 결정성을 가질 수 있다. 제1 결정화 공정이 12 시간보다 긴 경우, 열처리과정에서 손실되는 리튬 원소의 양이 증가될 수 있다. 이에 따라, 제1 산화물계 고체 전해질은 낮은 수율로 제조될 수 있다. 본 발명의 제1 산화물계 고체 전해질은 Lix - yLa3M2O12 -y의 화학식을 가질 수 있다. (여기에서, x는 5 또는 7이고, y는 0.3 내지 0.7이며, M은 탄탈륨(Tantalum, Ta), 니오븀(Niobium, Nb), 지르코늄(Zirconium, Zr) 및 이들의 조합 중에서 선택된 어느 하나이다.) 제1 산화물계 고체 전해질 내에서 리튬 원소, 란탄족 원소, 금속 원소, 및 산소 원소는 균일하게 분포될 수 있다. 제1 결정화 공정에 의해, 도핑 원소는 상기 제1 산화물계 고체 전해질에 포함된 리튬 원소와 치환될 수 있다. 도핑 원소가 리튬 원소와 유사한 크기를 가질수록, 리튬 원소는 도핑 원소로 더 용이하게 치환될 수 있다. 도핑 원소를 포함하는 제1 산화물계 고체 전해질은 더 높은 이온전도도를 가질 수 있다. The first oxide-based solid electrolyte may be formed by the first crystallization process of the mixture. (S40) The first crystallization process may include heat treatment of the mixture. By the first crystallization step, the lithium element is diffused between the lanthanide element and the metal element to form the first oxide-based solid electrolyte. The first oxide-based solid electrolyte may have a tetragonal phase. The stoichiometric composition and crystallinity of the first oxide-based solid electrolyte can be determined by the first crystallization process conditions. The first crystallization process may be performed at a temperature of 700 deg. C to 900 deg. When the first crystallization process is conducted at a temperature lower than 700 ° C, the first oxide-based solid electrolyte having a tetragonal phase may not be formed. If the first crystallization process is conducted at a temperature condition higher than 900 ° C, the lithium element may be excessively depleted in the first oxide-based solid electrolyte. The first crystallization process may be carried out for 6 to 12 hours. If the first crystallization process is shorter than 6 hours, the first oxide-based solid electrolyte may have poor crystallinity. If the first crystallization process is longer than 12 hours, the amount of lithium element lost in the heat treatment process may be increased. Accordingly, the first oxide-based solid electrolyte can be produced with a low yield. The first oxide-based solid electrolyte of the present invention may have the chemical formula of Li x - y La 3 M 2 O 12 -y . Wherein x is 5 or 7 and y is 0.3 to 0.7 and M is any one selected from tantalum, Ta, niobium, Nb, zirconium, Zr, and combinations thereof. The lithium element, the lanthanide element, the metal element, and the oxygen element can be uniformly distributed in the first oxide-based solid electrolyte. By the first crystallization process, the doping element can be replaced with the lithium element contained in the first oxide-based solid electrolyte. The more the doping element has a size similar to that of the lithium element, the more easily the lithium element can be substituted with the doping element. The first oxide-based solid electrolyte containing the doping element may have a higher ionic conductivity.

제2 결정화 공정이 제1 산화물계 고체 전해질에 수행되어, 제2 산화물계 고체 전해질이 형성될 수 있다.(S40) 제2 산화물계 고체 전해질은 제1 산화물 도핑 고체 전해질과 동일한 화학양론적 조성을 가지되, 다른 결정구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 산화물계 고체 전해질은 큐빅상(cubic phase)을 가질 수 있다. 제2 산화물계 고체 전해질은 제1 산화물계 고체 전해질보다 높은 이온전도도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 산화물계 고체 전해질은 제1 산화물계 고체 전해질보다 102 배 이상의 이온전도도를 가질 수 있다. 제2 결정화 공정은 1000℃ 내지 1100℃ 조건에서 진행될 수 있다. 제2 결정화 공정이 1000℃ 보다 낮은 온도 조건에서 진행되는 경우, 큐빅 구조를 갖는 제2 산화물계 고체 전해질이 형성되지 않을 수 있다. 제2 결정화 공정이 1100℃보다 높은 온도 조건에서 진행되는 경우, 제2 산화물계 고체 전해질은 낮은 수율로 제조될 수 있다. 예를 들어, 제2 산화물계 고체 전해질 내의 불순물의 함량이 증가하거나, 리튬 원소가 과도하게 결핍될 수 있다. 제1 결정화 공정은 6 내지 12시간 동안 진행될 수 있다. 제2 결정화 공정이 6시간 보다 짧은 경우, 제2 고체 전해질의 결정성이 불량할 수 있다. 12 시간보다 긴 제2 열처리 공정 수행 시, 열처리과정에서 손실되는 리튬 원소의 양이 증가되어, 제2 산화물계 고체 전해질의 수율이 낮을 수 있다. 제1, 제2 결정화 공정에서 리튬 원소는 휘발될 수 있다. 이에 따라, 앞서 설명한 S30 단계에서, 리튬 화합물은 산화물계 고체 전해질에 포함된 리튬 원소보다 화학량론적으로 10 % 정도 과량 첨가될 수 있다. 제1, 2 결정화 공정을 거쳐 제조된 제2 산화물계 고체 전해질은, 제1 결정화 공정이 생략된 경우보다, 리튬 원소의 결핍이 더 방지될 수 있다. 다른 예로, 제2 결정화 공정 수행 전에, 제1 산화물계 고체 전해질의 형상이 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 산화물계 고체 전해질은 펠렛으로 제조될 수 있다. 제1 산화물계 고체 전해질이 고체 분말 상태로 제조됨에 따라, 제1 산화물계 고체 전해질 펠렛의 형상 또는 크기가 용이하게 제어될 수 있다. 제1 산화물계 고체 전해질의 형상 또는 크기는 리튬 전지의 적용에 적합하도록 조절될 수 있다. The second oxide-based solid electrolyte may have the same stoichiometric composition as the first oxide-doped solid electrolyte. (S40) The second oxide-based solid electrolyte may have a stoichiometric composition similar to that of the first oxide- And may have a different crystal structure. For example, the second oxide-based solid electrolyte may have a cubic phase. The second oxide-based solid electrolyte may have a higher ionic conductivity than the first oxide-based solid electrolyte. For example, the second oxide-based solid electrolyte may have an ionic conductivity of at least 10 2 times that of the first oxide-based solid electrolyte. The second crystallization process may be performed at a temperature of 1000 ° C to 1100 ° C. When the second crystallization process is conducted at a temperature lower than 1000 ° C, the second oxide-based solid electrolyte having cubic structure may not be formed. When the second crystallization process proceeds at a temperature condition higher than 1100 ° C, the second oxide-based solid electrolyte can be produced at a low yield. For example, the content of impurities in the second oxide-based solid electrolyte may increase, or the lithium element may be excessively deficient. The first crystallization process may be carried out for 6 to 12 hours. If the second crystallization process is shorter than 6 hours, the crystallinity of the second solid electrolyte may be poor. During the second heat treatment process longer than 12 hours, the amount of the lithium element lost in the heat treatment process increases, and the yield of the second oxide based solid electrolyte may be low. In the first and second crystallization steps, the lithium element can be volatilized. Accordingly, in the above-described step S30, the lithium compound may be added in an amount of about 10% by stoichiometrically more than the lithium element contained in the oxide-based solid electrolyte. The second oxide based solid electrolyte produced through the first and second crystallization processes can be further prevented from deficiency of lithium element than when the first crystallization step is omitted. As another example, the shape of the first oxide-based solid electrolyte can be adjusted before the second crystallization process is performed. For example, the first oxide-based solid electrolyte may be made of pellets. As the first oxide-based solid electrolyte is produced in a solid powder state, the shape or size of the first oxide-based solid electrolyte pellet can be easily controlled. The shape or size of the first oxide-based solid electrolyte may be adjusted to suit the application of the lithium battery.

본 발명에 따라 제조된 제2 산화물계 고체 전해질은 Lix - yLa3M2O12 - y 의 화학식을 가질 수 있다. (여기에서, x는 5 또는 7이고, y는 0.3 내지 0.7이며, M은 탄탈륨(Tantalum, Ta), 니오븀(Niobium, Nb), 지르코늄(Zirconium, Zr) 및 이들의 조합 중에서 선택된 어느 하나이다.) 제2 산화물계 고체 전해질은 리튬 원소 자리에 치환된 도핑원소를 포함할 수 있다. 도핑 원소는 산화물계 고체 전해질 대비 대략 0.00001 wt% 내지 5 wt%일 수 있다. 도핑 원소를 포함하는 제2 산화물계 고체 전해질은 높은 이온전도도를 나타낼 수 있다.
The second oxide based solid electrolyte produced according to the present invention may have the formula Li x - y La 3 M 2 O 12 - y . Wherein x is 5 or 7 and y is 0.3 to 0.7 and M is any one selected from tantalum, Ta, niobium, Nb, zirconium, Zr, and combinations thereof. The second oxide-based solid electrolyte may include a doping element substituted in the lithium element site. The doping element may be approximately 0.00001 wt% to 5 wt% of the oxide based solid electrolyte. The second oxide-based solid electrolyte containing the doping element may exhibit a high ionic conductivity.

이하, 본 발명의 실험예를 참조하여, 본 발명에 따른 산화물계 고체 전해질의 제조 및 상기 산화물계 고체 전해질의 특성평가 결과를 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the production of oxide-based solid electrolytes according to the present invention and the evaluation results of characteristics of the oxide-based solid electrolytes will be described in more detail with reference to the experimental examples of the present invention.

산화물계 고체 전해질의 제조 Preparation of oxide-based solid electrolyte

<실험예 1-1><Experimental Example 1-1>

(수열합성 반응을 통한 중간체의 제조)(Preparation of Intermediate by Hydrothermal Synthesis)

Zirconium dinitrate oxide hydrate 및 Lanthanum nitrate가 3:2의 몰비로 1M 질산(HNO3) 수용액에 첨가되었다. Zirconium dinitrate oxide hydrate 및 Lanthanum nitrate은 분말 상태이다. 상기 용액이 투명해 질 때까지, 핫 플레이트를 사용한 교반 공정이 상기 수용액에 수행되었다. 이에 따라, 전구체 용액이 제조된다. 전구체 용액이 pH 8 내지 9를 나타낼 때까지, 수산화나트륨 수용액 및 암모니아 수용액이 상기 전구체 용액에 첨가되었다. 이 때, 전구체 용액 내에 침전이 형성되었다. 상기 전구체 용액이 200℃에서 20시간 동안 열처리되어, 전구체 용액의 수열합성반응이 진행되었다. 합성된 중간체는 고순도 알코올 및 증류수를 사용하여 세척되었다. 세척된 중간체는 100℃에서 건조되었다. Li:La:Zr가 7.7:3:2의 몰비를 가지도록, LiCO3이 중간체에 첨가되었다. LiCO3가 첨가된 중간체에 알루미늄이 첨가되어, 제2 중간체가 형성되었다. 첨가된 알루미늄의 질량은 제2 중간체의 1wt%이다. Zirconium dinitrate oxide hydrate and Lanthanum nitrate were added to a 1 M aqueous solution of nitric acid (HNO 3 ) at a molar ratio of 3: 2. Zirconium dinitrate oxide hydrate and Lanthanum nitrate are in powder form. A stirring process using a hot plate was performed in the aqueous solution until the solution became transparent. Thus, a precursor solution is prepared. An aqueous sodium hydroxide solution and an aqueous ammonia solution were added to the precursor solution until the precursor solution showed a pH of 8 to 9. At this time, a precipitate formed in the precursor solution. The precursor solution was heat-treated at 200 ° C for 20 hours, and the hydrothermal synthesis reaction of the precursor solution proceeded. The synthesized intermediate was washed using high purity alcohol and distilled water. The washed intermediate was dried at 100 &lt; 0 &gt; C. LiCO 3 was added to the intermediate so that Li: La: Zr had a molar ratio of 7.7: 3: 2. Aluminum was added to the LiCO 3 added intermediate to form the second intermediate. The mass of aluminum added is 1 wt% of the second intermediate.

(고체 전해질의 제조)(Preparation of Solid Electrolyte)

제2 중간체가 900℃에서 6 시간 열처리되었다. 제조된 제1 산화물계 고체 전해질이 분쇄되었다. 분쇄된 제1 산화물계 고체 전해질이 몰드 내에 제공된다. 몰드를 가압하여, 제1 산화물계 고체 전해질이 펠렛 형태로 제조되었다. 제1 산화물계 고체 전해질 펠렛은 10mm의 직경, 2mm의 두께를 갖는다. 제1 산화물계 고체 전해질 펠렛이 1100℃에서 12시간 동안 열처리되어, 펠렛 형태의 제2 산화물계 고체 전해질이 제조되었다.
The second intermediate was heat-treated at 900 占 폚 for 6 hours. The prepared first oxide-based solid electrolyte was pulverized. A pulverized first oxide based solid electrolyte is provided in the mold. The mold was pressurized to prepare the first oxide-based solid electrolyte in the form of pellets. The first oxide-based solid electrolyte pellet has a diameter of 10 mm and a thickness of 2 mm. The first oxide-based solid electrolyte pellet was heat-treated at 1100 DEG C for 12 hours to prepare a second oxide-based solid electrolyte in the form of a pellet.

<실험예 1-2><Experimental Example 1-2>

실험예 1-1과 동일한 공정을 수행하여, 펠렛 형태의 제2 산화물계 고체 전해질이 제조되었다. 다만, 본 실험예에서는 알루미늄 대신 게르마늄이 사용되었다.
The same procedure as in Experimental Example 1-1 was carried out to prepare a second oxide-based solid electrolyte in the form of a pellet. However, in this experiment, germanium was used instead of aluminum.

<실험예 1-3><Experimental Example 1-3>

실험예 1-1과 동일한 공정을 수행하여, 펠렛 형태의 제2 산화물계 고체 전해질이 제조되었다. 다만, 본 실험예에서는 알루미늄 대신 주석이 사용되었다.
The same procedure as in Experimental Example 1-1 was carried out to prepare a second oxide-based solid electrolyte in the form of a pellet. However, in this example, tin was used instead of aluminum.

<비교예 1-1>_고상법에 의한 산화물계 고체 전해질의 제조&Lt; Comparative Example 1-1 > Production of oxide-based solid electrolyte by solid-phase method

(중간체의 제조)(Preparation of Intermediate)

Li:La:Zr가 7.7:3:2의 몰비를 가지도록, Zirconium dinitrate oxide hydrate, Lanthanum nitrate, 및 LiCO3가 준비된다. 상기 Zirconium dinitrate oxide hydrate, Lanthanum nitrate, 및 LiCO3가 볼밀법에 의해 혼합되었다. 사용되는 Zirconium dinitrate oxide hydrate, Lanthanum nitrate, 및 LiCO3은 각각 분말상태이다. Zirconium dinitrate oxide hydrate, Lanthanum nitrate, and LiCO 3 are prepared so that Li: La: Zr has a molar ratio of 7.7: 3: 2. The zirconium dinitrate oxide hydrate, Lanthanum nitrate, and LiCO 3 were mixed by a ball mill method. The zirconium dinitrate oxide hydrate, Lanthanum nitrate, and LiCO 3 used are each in powder form.

(고체 전해질의 제조) (Preparation of Solid Electrolyte)

제1 생성물을 형성하도록, 중간체가 900℃의 온도에서 6 시간 동안 열처리되었다. 제1 생성물이 분쇄되었다. 분쇄된 제1 생성물이 1100℃의 온도에서 12 시간 동안 열처리되어, 제2 생성물이 제조되었다. 제2 생성물이 분쇄되었다. 분쇄된 제2 생성물은 앞서 실험예 1에서 설명한 바와 동일한 방법에 의해, 펠렛 형태의 제2 생성물이 제조된다. 상기 펠렛 형태의 제2 생성물은 실험예 1과 동일한 크기(예를 들어, 직경 10mm, 두께 2mm)를 갖는다. 펠렛 형태의 제2 생성물이 1200℃에서 24시간 열처리되어, 산화물계 고체 전해질이 제조되었다.
The intermediate was heat-treated at a temperature of 900 占 폚 for 6 hours to form the first product. The first product was pulverized. The pulverized first product was heat-treated at a temperature of 1100 캜 for 12 hours to prepare a second product. The second product was pulverized. The pulverized second product was produced in the same manner as described in Experimental Example 1, and the second product in the form of pellets was produced. The second product in the form of a pellet has the same size as that of Experimental Example 1 (for example, 10 mm in diameter and 2 mm in thickness). The second product in the form of pellets was heat-treated at 1200 DEG C for 24 hours to prepare an oxide-based solid electrolyte.

<비교예 1-2>_도핑되지 않은 산화물계 고체 전해질의 제조&Lt; Comparative Example 1-2 > Preparation of undoped oxide-based solid electrolyte

실험예 1-1과 동일한 공정을 수행하여, 펠렛 형태의 제2 산화물계 고체 전해질이 제조된다. 다만, 본 비교예에서는 알루미늄이 첨가되지 않는다.
The same processes as in Experimental Example 1-1 were carried out to prepare a second oxide-based solid electrolyte in the form of a pellet. However, aluminum is not added in this comparative example.

고체 전해질의 특성평가Characterization of Solid Electrolyte

<실험예 2-1><Experimental Example 2-1>

실험예 1-1에서 제조된 제2 산화물계 고체 전해질 펠렛의 양면에 구리가 6μm의 두께로 코팅되어, 셀이 제조되었다. 상기 셀에 10-1~105 Hz의 범위의 교류 임피던스을 가하여 제2 산화물계 고체 전해질의 전기전도도를 측정하였다. 상기 제2 산화물계 고체 전해질의 전기전도도 측정은 주파수응답 분석기(Solartron HF 1225)를 사용하여 진행되었다.
Copper was coated on both sides of the second oxide-based solid electrolyte pellet prepared in Experimental Example 1-1 to a thickness of 6 mu m to prepare a cell. The cell was subjected to an AC impedance in the range of 10 -1 to 10 5 Hz to measure the electrical conductivity of the second oxide-based solid electrolyte. The electrical conductivity of the second oxide-based solid electrolyte was measured using a frequency response analyzer (Solartron HF 1225).

<실험예 2-2><Experimental Example 2-2>

실험예 2-1와 동일한 공정을 수행하여, 실험예 1-2의 고체전해질의 이온전도도가 계산되었다. 상술된 바와 같이, 실험예 1-2의 고체 전해질은 도핑원소로 게르마늄을 포함한다.
The ion conductivity of the solid electrolyte of Experimental Example 1-2 was calculated by performing the same process as Experimental Example 2-1. As described above, the solid electrolyte of Experimental Example 1-2 contains germanium as a doping element.

<실험예 2-3><Experimental Example 2-3>

실험예 2-1와 동일한 방법에 의하여 실험예 1-3의 고체전해질의 이온전도도가 계산되었다. 상술된 바와 같이, 실험예 1-3의 고체 전해질은 도핑원소로 주석을 포함한다.
The ionic conductivity of the solid electrolyte of Experimental Example 1-3 was calculated by the same method as Experimental Example 2-1. As described above, the solid electrolyte of Experimental Example 1-3 contains tin as a doping element.

<비교예 2-1>&Lt; Comparative Example 2-1 >

실험예 2-1와 동일한 방법에 의하여 비교예 1-1의 고체전해질의 이온전도도가 계산된다. 상술된 바와 같이, 비교예 1-1의 고체 전해질은 고상법에 의해 제조되었다.
The ion conductivity of the solid electrolyte of Comparative Example 1-1 was calculated in the same manner as in Experimental Example 2-1. As described above, the solid electrolyte of Comparative Example 1-1 was prepared by the solid phase method.

<비교예 2-2>&Lt; Comparative Example 2-2 &

실험예 2-1와 동일한 방법에 의하여 비교예 1-2의 고체전해질의 이온전도도가 계산되었다. 상술된 바와 같이, 비교예 1-2의 고체 전해질은 도핑원소를 포함하지 않는다.
The ionic conductivity of the solid electrolyte of Comparative Example 1-2 was calculated in the same manner as in Experimental Example 2-1. As described above, the solid electrolyte of Comparative Example 1-2 does not contain a doping element.

도 2는 실험예들 및 비교예들의 이온전도도를 평가한 결과이다. 2 is a result of evaluating the ionic conductivities of the experimental examples and the comparative examples.

도2를 참조하면, 실험예들(e1, e2, e3)은 비교예 2-1(c1)보다 높은 이온 전도도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 고상법에 의해 고체 전해질이 제조되는 경우, 중간체 내에 란탄족 원소, 금속 원소, 및 리튬 원소가 균일하게 혼합되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제조된 산화물계 고체 전해질은 순도가 낮을 수 있다. 또한, 고상법에 의한 산화물계 고체 전해질의 제조는 1100℃ 이상, 예를 들어, 1200℃의 열처리 공정을 포함할 수 있다. 상기 온도 조건에서, 산화물계 고체 전해질 내에 리튬 원소가 결핍(deficiency)될 수 있다. 상기 온도 조건에서, 불순물(예를 들어, La2Zr2O7)이 형성될 수 있다. 실험예들의 고체 전해질은 수열합성법에 의해 제조될 수 있다. 수열합성법에 의해 제조된 중간체의 경우, 란탄족 원소는 금속 원소와 균일하게 혼합될 수 있다. 이에 따라, 실험예들의 산화물계 고체 전해질 경우, 리튬 원소, 란탄족 원소, 금속 원소, 및 산소 원소가 균일하게 분포될 수 있다. 또한, 수열합성 반응에 의하여 제조된 산화물계 고체 전해질은 작고 균일한 크기를 가질 수 있다. 실험예들(e1, e2, e3)의 고체 전해질은 수열합성 공정에 의해 제조됨에 따라, 높은 이온 전도도를 나타날 수 있다. Referring to FIG. 2, it can be confirmed that the experimental examples (e1, e2, e3) show higher ion conductivity than the comparative example 2-1 (c1). When the solid electrolyte is produced by the solid-phase method, the lanthanide element, the metal element, and the lithium element may not be uniformly mixed in the intermediate. Accordingly, the produced oxide-based solid electrolyte may have a low purity. In addition, the production of the oxide-based solid electrolyte by the solid phase method may include a heat treatment process at 1100 ° C or higher, for example, 1200 ° C. At this temperature condition, the lithium element may be deficient in the oxide-based solid electrolyte. At this temperature condition, an impurity (for example, La 2 Zr 2 O 7 ) may be formed. The solid electrolyte in the experimental examples can be produced by hydrothermal synthesis. In the case of the intermediate prepared by the hydrothermal synthesis method, the lanthanide element can be uniformly mixed with the metal element. Accordingly, in the case of the oxide-based solid electrolyte of the experimental examples, the lithium element, the lanthanide element, the metal element, and the oxygen element can be uniformly distributed. In addition, the oxide-based solid electrolyte produced by the hydrothermal synthesis reaction may have a small and uniform size. The solid electrolytes of Examples (e1, e2, e3) can be produced by the hydrothermal synthesis process, and thus can exhibit high ion conductivity.

실험예들(e1, e2, e3)은 비교예 2-2(c2)보다 높은 이온 전도도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 비교예 2-2(c2)의 산화물계 고체 전해질은 도핑원소를 포함하지 않을 수 있다. 실험예들(e1, e2, e3)의 산화물계 고체 전해질은 도핑원소를 더 포함함에 따라, 이온전도도가 더 향상될 수 있다.
It can be seen that the experimental examples (e1, e2, e3) show higher ionic conductivity than Comparative Example 2-2 (c2). The oxide-based solid electrolyte of Comparative Example 2-2 (c2) may not contain a doping element. The oxide-based solid electrolyte of Experimental Examples (e1, e2, e3) can further improve the ionic conductivity by further including the doping element.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. Change is possible.

Claims (10)

란탄족 착물 및 금속 착물을 포함하는 전구체를 준비하는 것;
상기 전구체 용액에 수행되는 수열합성반응을 이용하여 중간체를 제조하는 것;
상기 중간체에 리튬 화합물 및 도펀트 전구체를 첨가하여, 혼합물을 제조하는 것; 및
상기 혼합물을 결정화시키는 것을 포함하는 산화물계 고체 전해질 제조방법.
Preparing a precursor comprising a lanthanide complex and a metal complex;
Preparing an intermediate using the hydrothermal synthesis reaction performed on the precursor solution;
Adding a lithium compound and a dopant precursor to the intermediate to prepare a mixture; And
And crystallizing the mixture. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제 1항에 있어서,
상기 전구체 용액의 수열합성 반응은
120℃ 내지 도 240℃에서 2시간 내지 48시간 동안 진행되는 고체 전해질 제조방법.
The method according to claim 1,
The hydrothermal synthesis reaction of the precursor solution
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 240 C &lt; / RTI &gt; for 2 to 48 hours.
제 1항에 있어서,
상기 전구체 용액을 준비하는 것은:
상기 란탄족 착물 및 상기 금속 착물을 산성 수용액에 첨가하여, 전구체 용액을 제조하는 것; 및
상기 전구체 용액에 광화제를 첨가하여, 전구체 침전을 형성하는 것을 포함하는 산화물계 고체 전해질 제조방법.
The method according to claim 1,
Preparing the precursor solution comprises:
Adding the lanthanide complex and the metal complex to an acidic aqueous solution to prepare a precursor solution; And
And adding a mineralizer to the precursor solution to form a precursor precipitate.
제 1항에 있어서,
상기 혼합물을 결정화시키는 것은:
상기 혼합물에 제1 결정화 공정을 수행하여, 상기 제1 산화물계 고체 전해질을 제조하는 것; 및
상기 제1 산화물계 고체 전해질에 제2 결정화 공정을 수행하여, 제2 산화물계 고체 전해질을 제조하는 것을 포함하되,
상기 제2 산화물계 고체 전해질은 상기 제1 산화물계 고체 전해질과 동일한 화학양론적 조성을 가지되, 다른 결정구조를 가지는 산화물계 고체 전해질 제조방법.
The method according to claim 1,
Crystallizing the mixture comprises:
Subjecting the mixture to a first crystallization process to produce the first oxide-based solid electrolyte; And
And performing a second crystallization process on the first oxide-based solid electrolyte to produce a second oxide-based solid electrolyte,
Wherein the second oxide-based solid electrolyte has the same stoichiometric composition as the first oxide-based solid electrolyte, and has a different crystal structure.
제 4항에 있어서,
상기 제2 산화물계 고체 전해질은 상기 제1 산화물계 고체 전해질보다 높은 이온전도도를 가지는 산화물계 고체 전해질 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the second oxide-based solid electrolyte has a higher ion conductivity than the first oxide-based solid electrolyte.
제 4항에 있어서,
상기 제1 산화물계 고체 전해질은 정방 정계상(tetragonal phase)을 가지며,
상기 제2 산화물계 고체 전해질은 큐빅상(cubic phase)을 가지는 산화물계 고체 전해질 제조방법.
5. The method of claim 4,
The first oxide-based solid electrolyte has a tetragonal phase,
And the second oxide-based solid electrolyte has a cubic phase.
제 4항에 있어서,
상기 제2 산화물계 고체 전해질은 Lix - yLa3M2O12 - y 의 화학식을 가지는 산화물계 고체 전해질 제조방법.
(여기에서, x는 5 또는 7이고, y는 0.3 내지 0.7이며, M은 탄탈륨, 니오븀, 지르코늄 또는 이들의 조합 중에서 선택된 어느 하나이다.)
5. The method of claim 4,
Wherein the second oxide based solid electrolyte has the formula Li x - y La 3 M 2 O 12 - y .
(Where x is 5 or 7, y is 0.3 to 0.7, and M is any one selected from tantalum, niobium, zirconium, or combinations thereof).
제 4항에 있어서
상기 제1 결정화 공정은
700℃ 내지 900℃에서 6시간 내지 12시간 동안 진행되는 산화물계 고체 전해질 제조방법.
The method of claim 4, wherein
The first crystallization step
Wherein the reaction is carried out at 700 ° C to 900 ° C for 6 hours to 12 hours.
제 4항에 있어서,
상기 제2 결정화 공정은
1000℃ 내지 1100℃에서 6시간 내지 12시간 동안 진행되는 산화물계 고체 전해질 제조방법.
5. The method of claim 4,
The second crystallization step
Wherein the reaction is carried out at 1000 ° C to 1100 ° C for 6 hours to 12 hours.
제 1항에 있어서,
상기 도펀트 전구체는 알루미늄, 게르마늄, 실리콘 갈륨, 인듐, 주석, 및 안티몬 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 산화물계 고체 전해질 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the dopant precursor comprises at least one selected from aluminum, germanium, silicon gallium, indium, tin, and antimony.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017047939A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 한국생산기술연구원 Method for preparing solid electrolyte for all-solid-state lithium secondary battery

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100203383A1 (en) * 2007-07-02 2010-08-12 Basf Se Ion conductor having a garnet structure
KR20100108957A (en) * 2009-03-31 2010-10-08 한국생산기술연구원 Electrolyte for solid oxide fuel cell and manufacturing method of the electrolyte and cell having the electrolyte and manufacturing method of the cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100203383A1 (en) * 2007-07-02 2010-08-12 Basf Se Ion conductor having a garnet structure
KR20100108957A (en) * 2009-03-31 2010-10-08 한국생산기술연구원 Electrolyte for solid oxide fuel cell and manufacturing method of the electrolyte and cell having the electrolyte and manufacturing method of the cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Journal of Power Sources. 2012., vol.206, pp 236-244* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017047939A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 한국생산기술연구원 Method for preparing solid electrolyte for all-solid-state lithium secondary battery
US10637095B2 (en) 2015-09-18 2020-04-28 Tdl Co., Ltd. Method for preparing solid electrolyte for all-solid-state lithium secondary battery

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